Herramientas para el desarrollo y la mejora de experimentos de hiperpolarización con parahidrógeno

Lugar: enlace de meet

Director: Dr. Rodolfo Héctor ACOSTA (FAMAF – UNC)

Tribunal Especial:

Dr. Juan Manuel LAZARO MARTINEZ (UBA)

Dra. Silvina Claudia PEREZ (FAMAF)

Dra. Ana Paula MAJTEY (FAMAF)

Día y hora: viernes 5 de noviembre de 2021 - 16:00 hs

Resumen: Debido a sus relativamente escasos requisitos de hardware, la polarización inducida por parahidrógeno (PHIP) se ha convertido en un método de hiperpolarización ampliamente utilizado en la comunidad de la resonancia magnética nuclear (RMN) para superar su baja sensitividad. En el protocolo PASADENA (Parahydrogen And Synthesis Allow Dramatically Enhanced Nuclear Alignment), se produce una hidrogenación de a pares con gas parahidrógeno al mismo campo magnético donde se realiza el experimento de RMN. La principal característica del espectro adquirido bajo estas condiciones es la aparición de picos antifase, los cuales son particularmente sensibles al ensanchamiento de las líneas, producido por inhomogeneidades de campo magnético y/o por interferencia de líneas de resonancia provenientes de espines térmicamente polarizados. Estos efectos imponen una limitación en la detección de la señal y en las configuraciones experimentales. Una manera simple de superar estos impedimentos consiste en adquirir la señal con un tren de pulsos de refocalización en lugar de un solo pulso de radiofrecuencia (r.f.). En esta tesis se presentarán distintos ejemplos donde esta adquisición multipulso, denominada PhD-PHIP, muestra su potencialidad en mejorar la información relacionada con espines hiperpolarizados mejorando la resolución y separando las señales térmicas de las hiperpolarizadas en el espectro. Primero, se presentará un estudio detallado de diferentes esquemas de fase en los pulsos de refocalización para la adquisición de espectros con el mínimo de errores, en el ancho espectral de interés definido por un filtro digital. Cuando se consideran pulsos de r.f. finitos, los efectos de espines fuera de resonancia en los multipletes cercanos afectan la dinámica de los espines dentro de la ventana espectral bajo adquisición. Se tendrán en cuenta resultados experimentales y simulados en sistemas PHIP y térmicamente polarizados. Luego, se estudiará la difusión en una muestra hiperpolarizada extremadamente diluida usando técnicas espectroscópicas. Para este tipo de mezclas, PHIP surge como una alternativa atractiva para solucionar la falta de sensitividad en sistemas que admiten hidrogenación de a pares. Además, la característica única de la señal antifase puede usarse como agente de contraste en mezclas de moléculas con difusiones similares. Sin embargo, la superposición espectral puede llegar a producir la cancelación parcial de la señal PHIP comprometiendo la interpretación de los resultados. En este marco entra en escena la adquisición con la secuencia PhD-PHIP. En esta tesis, se utilizará una configuración especial usando tubos de Teflón para realizar experimentos de difusión in-situ de muestras hiperpolarizadas. Estas mismas membranas, junto con el apropiado flujo de gas, producen una polarización constante durante una ventana de tiempo que nos permite adquirir datos 2D. Se estudiarán efectos inducidos por un gradiente de presión y cómo eliminar su contribución mediante el uso adecuado de secuencias de gradiente de campo magnético. Al final, se aplicará la secuencia PhD-PHIP como un bloque de detección para separar las señales térmicas de las hiperpolarizadas. Finalmente, la presencia de una gran cantidad de moléculas no hidrogenadas dentro de la muestra puede disminuir la intensidad de la señal PHIP. En este sentido, se introdujo recientemente la secuencia denominada OPSY (Only Parahydrogen SpectroscopY), la cual utiliza un par de pulsos de gradientes de campo magnético para filtrar las señales térmicas, limpiando el espectro PHIP, pero manteniendo su carácter de antifase. Por esto en primer lugar se aplicará la secuencia OPSY, filtrando las señales térmicamente polarizadas, para luego adquirir con la alta resolución que proporciona PhD-PHIP. Este método es extremadamente útil en situaciones en las que las que escasean las moléculas reactantes. En segundo lugar, se presentará la idea de lograr el mismo resultado, pero reemplazando en el bloque de filtrado los gradientes de campo magnético estático con campos de radiofrecuencia variables linealmente en el espacio.